DE2415398A1 - Schaltungsanordnung mit einer anzahl von umrichtern, insbesondere von direktumrichtern in sternschaltung - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung mit einer Anzahl von Umrichtern, insbesondere von Direktumrichtern in Sternschaltung

Die Erfindung bezieht'sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl m von Umrichtern, insbesondere mit einer Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, die in symmetrischer m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last unter Ausschluß einer direkten Verbindung zwischen dem. Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpxmkt dieser Last angeschlossen sind, wobei die Leiterspannungen an der Last jeweils einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf besitzen und gemeinsam ein symmetrisches System bilden,,

Eine solche Schaltungsanordnung wird z. B. zur Speisung von Drehfeldmaschinen oder zur Speisung von Landes- oder Bordnetzen herangezogen. Als Umrichter v/erden dabei beispielsweise Zwischenkreisumrichter, Pulswechselrichter oder Direktumrichter eingesetzt„ Diese sind inabesondere mit steuerbaren Halbleiter-Ventilen, vorwiegend mit Thyristoren, ausgerüstet. Bei einem Direktumrichter sind im allgemeinen alle Ausgangsleiter über gegenparaXel geschaltete Ventile mit allen Eingangsleitern verbunden. Das Umrichter! wird durch eine besondere Zündfolge der Ventile bewirkt. Üblicherweise wird dabei die Ausgangsspannung praktisch aus Abschnitten der Eingangsspannung zusammengesetzt. Die Ausgangsspannung' ist daher im allgemeinen niederfrequenter als die Eingangsspannung.

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Es ist im Stande der Technik üblich, drei Umkehretromrichter aus einem gemeinsamen Wechselspannungsnetζ zu speisen und um je 120°el. gegeneinandervversetzt. auszusteuern. Man erhält damit ein Drehstromsystem am Ausgang, das z. B. zur Speisung einer Drehstrommaschine herangezogen werden kann. Eine solche Schaltungsanordnung kann auch aur Speisung von Landes- oder Bordnetzen verwendet werden. Bei Verwendung einer symmetrischen dreiphasigen Last wird üblicherweise in allen drei Ausgaagsleitern der Leiterstrom sinusförmig geregelt. Dazu sind drei getrennte Sggelkreise vorgesehen, die in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung zwischen dem gemessenen Istwert des Leitsrstroms und einem vorgegebenen Sollwert die Steuersignale der drei Direktumrichter verstellen.

Is liegt im Weaen eines Birekikumrienters, daß der hetisseitige Vsrschieliuxigsfaktor dann, wenn, der Direktumrichter nicht voll ausgesteuert ist, relativ gering ist, da durch die Anschnittsteuerung des Birektumriehters sein Blindleistungsbedarf hoch igte later dem Begriff ^!5netzaeitiger Verschiebungsfaktor" wird in dieses Zusammenhang dar Cosinus desjenigen Phasenwinkels Terstaaäen, der zwischen der ©rundSchwingung der speisenden Metanpassung und ä©r Srundschwingung des speisenden Hetzstroms bestellt_o.. Im allgemeinen ist nan bestrebt, den nätzaeitigen VersoiiistajgsfaktGT eines aus ©ines Wechselspannungsnetz gespeisten Umrichters mSglichst groß und damit dsn Blindleietungsbedarf des Umrichters möglichst niedrig au halten» Bei Umricfetem g©ht das Bestreben gleioSiseitig dahin, die Spannungsbelastmsig der Ventile bei gleichbleibender Übertragungeleiitimg ebenfalls zu reduzieren. Anders ausgedrückt* Bei vorgegebener Eingangsspannung soll die übertragene Leistung bei jedem Aussteuerungsgrad möglichst groß sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung die von den m Umrichtern an die Last übertragene Leistung zu vergrößern.

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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß eine verbesserte Leistungsübertragung dann möglich ist, wenn das Verhältnis des Ef.fektivwerts der Grund schwingung der Ausgangs spannung zum Effektivwert der speisenden Netzspannung vergrößert wird. Das gilt sowohl dann, wenn die speisende Netzspannung eine Gleichspannung, die z. B. von einem Gleichrichter, einer Batterie oder einem Gleichspannungsnetz geliefert wird, und jeder der Umrichter ein Wechselrichter ist, als auch dann, wenn die speisende Netzspannung eine Wechselspannung, die z.B. von einem Wechselrichter, einem Generator oder einem Wechselspannung snetζ geliefert wird, und jeder Umrichter ein Direktumrichter oder ein Zwischenkreis-Umrichter ist.

Dieses Verhältnis kann nach einer ersten Möglichkeit bei festgehaltenem Sffektivwert der speisenden Netzspannung durch eine Vergrößerung des Effektivwerts der Grundschwingung der Ausgangsspannung vergrößert werden. Die Vergrößerung dieses Verhältnisses kann aber auch nach einer zweiten Möglichkeit bei festgehaltenem Effektivwert der Grundschwingung der Ausgangsspannung durch eine Verringerung des Effektivwerts der speisenden Netzspannung erzielt werden. Das führt dann zu einer Verringerung der Spannungsbelastung der Ventile und - sofern vorhanden - zu einer Verringerung der Typenleistung des netzseitig angeordneten Transformators. Nach einer dritten Möglichkeit ist auch eine Mischung dieser beiden Fälle denkbar.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Steuersatz mindestens eines der m Umrichter eine Steuerspannung derart vorgegeben ist, daß die Ausgangsspannung dieses besagten Umrichters einen zeitlich periodischen Verlauf besitzt, der neben dem Verlauf einer derjenigen Sternspannungen, die den vorgegebenen Leiterspannungen an der last entsprechen, auch mindestens eine Oberschwingung mit ungerader, durch m teilbarer Ordnungszahl enthält.

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Sollen, wie üblich, die Leiterspannungen an der Last im wesentlichen einen seitlich sinusförmigen Verlauf besitzen, so wird man so vorgehen, daß die Ausgangsspannung des besagten Umrichters mindestens eine Oberschwingung mit der Ordnungszahl 3 enthält.

Durch diese Maßnahmen erhält man eine Ausgangsspannung des besagten Umrichters, deren zeitlicher Verlauf gegenüber einem rein sinusförmigen zeitlichen Verlauf deformiert ist und eine "gestauchte" Amplitude besitzt. Da ausgangsseitige Leiterströme mit der Ordnungszahl 3, 9, 15 ... bei fehlender Verbindung zwischen dem Sternpunkt der Last und dem Sternpunkt der Umrichterausgänge nicht fließen können, bildet sich die "gestauchte" Ausgangs spannung des besagten Umrichters im wesentlichen auch an den Ausgängen der übrigen (m-1) Umrichter ab.

Die Betrachtung des zeitlichen Verlaufs einer solchen "gestauchten" Ausgangs spannung ergibt, daß dann, wenn die Amplitude ihrer G-rundschwingung betragsmäßig gleich sein soll der Amplitude einer Ausgangsspannung mit einem rein sinusförmigen zeitlichen Verlauf, bei gleicher an die Last ab-

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gegebener GrundschwingungsIeistung eine geringe/Eingangsspannung benötigt wird als in jenem Fall mit rein sinusförmiger Ausgangsspannung. Das gilt in jedem Aussteuerungsgrad der Schaltungsanordnung. Eine geringere Eingangsspannung bedeutet für die Ventile des besagten und der übrigen Umrichter eine geringere Spannungsbeanspruchung. Palis die Eingangsspannung von einem Transformator bezogen wird, ergibt sich als weiterer Vorteil, daß dieser Transformator ventilseitig für eine geringere Spannung ausgelegt zu sein braucht. Man kann also einen Transformator geringerer Typenleistung wählen.

Die Betrachtung einer solchen "gestauchten" Ausgangsspannung ergibt weiter, daß dann, wenn die Eingangsspannung der Schaltungsanordnung festliegt und betragsmäßig z. B. nicht geändert werden kann, die Amplitude der Grundschwingung dieser

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"gestauchten" Ausgangsspannung betragsmäßig größer ist als die Amplitude einer von demselben Umrichter erzeugten Ausgangsspannung mit rein sinusförmigem Zeitverlauf. Da z. B. bei Drehfeldmaschinen nur die Grundschwingung der Ausgangsspannung für die Leistungsübertragung von Belang ist, ergibt sich bei . ungeänderter Eingangsspannung eine Vergrößerung der übertragenen leistung.

Handelt es sich bei der Schaltungsanordnung um eine solche mit Direktumrichterns, die gemeinsam aus einem Drehspannungsnetz gespeist werden, so wird durch diese Maßnahmen nicht nur die Ventilbeanspruchung der einzelnen Umrichter beträchtlich herabgesetzt, sondern zusätzlich auch der netzseitige Verschiebungsfaktor, insbesondere auch bei einem niederen Aussteuerungsgrad der einzelnen Direktumrichter, nennenswert vergrößert. Wird eine Sehaltungsaaordraing mit Direktumrichtern verwendet, die über einen Transformator aus dem Wechselspannungsnetz gespeist werden, so läßt sich wiederum gleichseitig eine beträchtliche Reduzierung der Transformator-Typenleistimg erreichen.

Um das Verhältnis des Effektivwerts der G- rund schwingung der Ausgangsspannung zum Effektivwert der speisenden Netzspannung bei allen Umrichtern weiter su vergrößern, kann weiter vorgesehen sein, daß die Ausgangsspannung des besagten Umrichters im wesentlichen keine Oberschwingungen mit ungeradzahliger, nicht durch 3 teilbarer Ordnungszahl enthält. Diese Anforderung an die Ausgangsspannuag des besagten Umrichters ist.recht streng» Im allgemeinen praktischen fall wird man sich mit der weniger strengen Anforderung begnügen, wonach die Ausgangsspannung des besagten Umrichters im wesentlichen einen zeitlich trapezförmigen Verlauf besitzt«, Diese Tz-apezform sollte so gewählt sein, daß die Ausgangsspannung des besagten Umrichters symmetrisch ist und pro Halbperiode zwischen 0° und (37,5°-5 ) etwa linear ansteigt, zwischen (37,5^Ο^5°) und (-142,5°-5°) im wesentlichen konstant ist, sowie zwischen (142,5 -5 ) und 180° etwa linear abfällt. Die Abweichung von der beschriebenen Trapezform sollte also bei jedem Winkel einen zulässigen Fehler

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von etwa -5 , vorzugsweise von -2°, nicht überschreiten.

Gemäß einer ersten grundlegenden Ausführungsform kann so vorgegangen werden, daß für den besagten Umrichter eine Steueranordnung zur Steuerung seiner Ausgangsspannung auf einen zeitlich periodischen Verlauf und für die restlichen (m-1) Umrichter jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms vorgesehen ist, und daß in den Stroiaregelkreisen jeweils ein Stromsollwert vorgegeben ist, der demjenigen gewünschten Stromverlauf entspricht,' der sich durch, die vorgegebenen Leiterspannungen in den Ausgangsleitern der Umrichter einstellt.

Auch bsi dieser Ausführungsform ergibt sich eine Reduzierung der Spannungabelastung der Ventile der einzelnen Umrichter, und sofern aus einem Wechselspannungsnetz gespeiste Direktuiariclrfcer verwendet werden, eine nennenswerte Verringerung des netsseitigen Vsrsehiebungsfaktors, insbesondere auch bei niedriger Aussteuerung der drei Direlttumrichter. Falls für die Speisung der Direktumrichter ein Transformator verwendet wird₉ kossat man wiederum mit einer verringerten Typenleistung dieses Transformators aus.

Bei dieser Aus führung s form Izsnn in den Stromrsgelkreisen jeweils bevorzugt sin seitlich sinusförmiger Stromsollwert vorgegeben sein= Dieser StroEsollwart ist darm entweder pro Periode sinusförmig oaer besteht pro Periode aus zwei positiven oder zwei negativen Halhscnwingungen. Pr-insipiell kann auch ein seitlich dreieckfb'rmiger Stroiasollwert vorgegeben sein, aο B. bei einer ohmsc-lien Last» Bei einer Drehfeldmaschine als Last vnirde dann aber eine Speaialausführung erforderlich sein.

Bevorzugt sollte die Steuerspannung des besagten Umrichters einen zeitlich trapezförmigen Verlauf besitzen. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Verschiebungsfaktor auf der Netzseite der Schaltungsanordnung bei großer Aussteuerung

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besser ist als der Verschiebungsfaktor auf der Lastseite. Insbesondere sollte auch die trapezförmige Steuerspannung keine Oberschwingungen mit ungeradzahliger, nicht durch 3 teilbarer Ordnungszahl enthalten.

Zur Festlegung der Phase der Ausgangsspannung des besagten Umrichters kann die Schaltungsanordnung im einfachsten Fall so ausgebildet werden,' daß als Steuerspannung für den besagten Umrichter die zwischen dem Sternpunkt der Last und dem an die Last angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters liegende Sternspannung vorgesehen. Gegebenenfalls kann die Steuerspannung nach Untersetzung mittels eines Spannungswandlers aus der Sternspannung gewonnen werden. Auf diese Weise erhält man einen besonders einfachen Aufbau.

Man kann aber auch so vorgehen, daß die zwischen dem Sternpunkt der Last und dem an die Last angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters liegende Sternspannung abgegriffen und der Steueranordnung zugeführt ist, welche eine Steuerspannung derart abgibt, daß die Nulldurchgänge im zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des besagten Umrichters mit den Nulldurchgängen im zeitlichen Verlauf dieser Sternspannung übereinstimmen.

Um eine trapezförmige Steuerspannung zu erhalten, kann, bevorzugt so vorgegangen werden, daß als Steueranordnung eine Verstärkerstufe vorgesehen ist, daß die Sternspannung dem Signaleingang der Verstärkerstufe zugeführt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe in Abhängigkeit vom Scheitelwert mindestens einer der Sternspannungen an der Last geführt sind, und daß die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe als Steuerspannung in den Steuersatz des besagten Umrichters gegeben ist. In diesem Fall kann als Verstärkerstufe die Hintereinanderschaltung eines Multipliziergliedes mit einem begrenzbaren Operationsverstärker vorgesehen sein, wobei der

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eine Eingang des Multipliziergliedes und der Begrenzungeeingang des Operationsverstärkers über einen Gleichrichter und ein Glättungsglied mit mindestens einer der Sternspannungen an der Last beaufschlagt sind.

Insbesondere sollte die Verstärkerstufe so bemessen sein, daß sie eine Steuerspannung abgibt, deren zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5 abgeschnittenen Sinusform entspricht und deren Grundschwingung dieselbe Ampltude besitzt wie die der Verstärkerstufe eingegebene Spannung. Dann erhält man eine Steuerspannung, die keine Oberschwingungen der dritten und fünften Ordnung und Oberschwingungen der siebten Ordnung nur in vernachlässigbarem Umfange enthält. Ein solches Vorgehen erscheint besonders vorteilhaft.

Werden an den Betrieb der Umrichter höhere dynamische Anforderungen gestellt, so kann ein Spannungsregelkreis zur Regelung der Differenzspannung, die zwischen dem Sternpunkt am lastseitigen Ausgang der Umrichter einerseits und dem Sternpunkt der Last andererseits herrscht, vorgesehen sein. Aufgabe dieses Spannungsregelkreises ist es, die genannte Differenzspannung auf eineη vorgegebenen Wert, der insbesondere Null ist, zu regeln.

Dieser Spannungsregelkreis kann derart ausgestaltet sein, daß ein Spannungsregler vorgesehen ist, dessen Vergleicher einerseits mit der Differenzspannung und andererseits mit einem Sollwert gespeist und dessen Ausgang an ein Additionsglied angeschlossen ist, das der Steueranordnung zur Beeinflussung der Steuerspannung zugeordnet ist. Als Spanungsregler kann insbesondere ein solcher mit Integralverhalten vorgesehen sein. Dieser wirkt dann gleichzeitig als Regler und Zeitglied. Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Additionsglied einerseits von der Ausgangsspannung des Spannungsreglers und andererseits von mindestens einer der Sternspannungen nach deren Gleichrichtung und Glättung beaufschlagt ist. Das Additions-

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glied kann weiterhin ausgangsseitig an den Stelleingängen für die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe angeschlossen sein.

Pur die meisten Anwendungs fälle wird es wichtig sein, daß die Zeitkonstante des Spannungsregelkreises groß gewählt ist gegenüber der Periodendauer der dritten Oberschwingung der Ausgangsspannung des besagten Umrichters. Die Einstellung der Zeitkonstante läßt sidi besonders einfach an einem Regler mit Integralverhalten durchführen. In diesem Fall kann als Sollwert der Differenzspannung Null gewählt sein.

G-emäß einer zweiten grund^enden Ausführungsform kann so vorgegangen werden, daß für den besagten umrichter ein Spannungsregelkreis zur Regelung seiner Ausgangsspannung und für die restlichen Umrichter jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen leiterstroms vorgesehen ist.

Bei dieser Ausführrnigsform kann bevorzugt vorgesehen sein, daß in den. StromregeiLkreisen jeweils ein seitlich sinusförmiger Stromsollwert vorgesehen ist. Handelt es sich um (m-i)&2 Stromregelkreise, so sind die Stromsollwerte um 120 el gegeneinander phasenverschoben* Die Stromsollwerte sollten dabei zumindest in jeder Hal'üperiode sinusförmig sein.

Bei dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, daß die leiterströme von (m-1} Umrichtern und die Ausgangsspannung des besagten Umrichters gleichseitig geregelt werden. Im Gegensatz zu bekannten Schaltungsanordnungen werden keine überlagerten Regelkreise benötigt. Dadurch errecht man eine schnellere Regelung.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß im Spannungsregelkreis im wesentlichen ein zeitlich trapezförmiger Spannungssollwert vorgegeben ist. Eine solche Regelung mit einem trapezförmigen Spannungssoll-

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wert bewirkt, daß der Verschiebungsfaktor auf der Netzseite der Umrichter bei hoher Aussteuerung größer und damit besser ist als auf der lastseite. Der zeitlich trapezförmige Spannungssollwert sollte dabei insbesondere keine Oberschwingungen mit imgeradzahliger, nicht durch 3 teilbarer Ordnungszahl enthalten. Mit anderen Worten: Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 5, 7, 11, 13, ... sollen nicht im Spannungssollwert enthalten sein, während Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 3, 9, 15 ... mit einer niederen Amplitude·enthalten sein können. In diesem Pail erreicht man einen besonders großen netzseitigen Verschiebungsfaktor.

Die Anordnung des Spannungsregelkreises besteht im einfachsten Falle darin, daß ein Spannungsregler vorgesehen ist, dessen Vergleichen einerseits mit der Ausgangsspannung des besagten Umrichters und andererseits mit einem Spannungssollwert gespeist und dessen Ausgang an den Eingang des Steuersatzes angeschlossen ist.

Eine besonders einfache Sollwertvorgabe ergibt sich dadurch, daß als Spannungssollwert die zwischen dem Sternpunkt der Last und dem an die East angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Ussriehters liegende Stsrnspannung vorgesehen ist. In diesem Fall, sorgt der- Spannungsregelkreis dafür_s daß die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des besagten Umrichters und der entsprechenden Stemspaniiung zu lull geregelt wird. Mit anderen. Wörtern Sie Regelung wird so vorgenommen, daß der Sternpunkt der ausgangsseitig verbundenen Umrichter im Vektordiagramm mit dem Sternpunkt der Bast stets zusammenfällt.

Die Schaltungsanordnung kann aber auch in der Weise weitergebildet werden, daß die zwischen dem Stempunkt der Last und dem an die Last angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters liegende Sternspannung abgegriffen und einem Sollwertgeber zugeführt ist, welcher einen Spannungssollwert derart abgibt, daß die Nulldurchgänge im zeitlichen Verlauf der

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Ausgangsspannung des besagten Umrichters mit den Nulldurchgängen im zeitlichen Verlauf dieser Sternspannung übereinstimmen. Auf diese Weise wird die Phase der Ausgangsspannung des besagten Umrichters festgelegt.

Um hierbei eine trapezförmige Sollwertspannung zu erhalten, deren Nulldurehgänge mit den N.ul!durchgängen der Sternspannung übereinstimmen, kann so vorgegangen werden, daß als Sollwertgeber eine Verstärkerstufe vorgesehen ist, daß die Sternspannung dem Signaleingang der Yerstärkerstufe zugeführt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe in Abhängigkeit vom Scheitelwert mindestens einer der Sternspannungen an der Last geführt sind, und daß die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe als Spannungssollwert in den Spannungsregelkreis des besagten Umrichters gegeben ist. Anstelle des Scheitelwerts kann auch der Mittelwert oder der Effektivwert dieser abgegriffenen Sternspannung oder ein Mittelwert aus allen Sternspannungen herangezogen werden. In jedem Fall erhält man einen trapezförmigen SpannungsSollwert, der aus der Sinusform durch Abschneiden eines Teils der Amplitude hervorgeht. Die Verstärkerstufe sollte dabei so bemessen sein, daß sie einen Spannungssoliwert abgibt, dessen zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5° abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht und dessen Grundschwingung dieselbe Amplitude besitzt wie die der Verstärkerstufe eingegebene Spannung.

Gemäß einer dritten grundlegenden Ausführungsform kann so vorgegangen werden, daß den Steuersätzen aller m Umrichter Steuerspannungen derart vorgegeben sind, daß die Ausgangsspannungen dieser Umrichter einen periodischen Zeitverlauf besitzen; sie sollten im wesentlichen keine Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 5 und 7 enthalten. Bei dieser Ausführungsform sind alle m Ausgangsspannungen gegenüber einem rein sinusförmigen Zeitverlauf deformiert. Man erhält wiederum die erwähnten Vorteile. Die m Leiterströme haben einen zeitlich sinusförmigen Verlauf.

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Üblicherweise ist zum Betrieb der m Umrichter eine Steueroder Regeleinrichtung vorgesehen, die m Ausgangsspannungen von periodischem Verlauf für die Steuersätze der m Umrichter liefert. Der zeitliche Verlauf dieser Ausgangsspannungen kann bei Vollaussteuerung dreieckfö'rmig sein. Sofern lineare Steuersätze verwendet werden, ist der zeitliche Verlauf auch sinusförmig.

Gemäß einer weiteren Ausbildung ist nun vorgesehen, daß jede Steuerspannung aus einer der m Ausgangsspannungen der Steueroder Regeleinrichtung durch Überlagerung einer Zusatzspannung gewonnen ist.

Hinsichtlich der Kurvenform dieser Zusatzspannung muß darauf geachtet werden, daß die Ausgangsspannungen der Umrichter die gestellte Forderung erfüllen. Zur Erfüllung dieser Forderung kann z. B. vorgesehen sein, daß die Zusatzspannung nur einen oder mehrere solcher Spannungsanteile enthält, deren Frequenz ein ungeradzahliges, durch 3 teilbares Vielfaches der Grundfrequenz der Ausgangsspannungen ist. In der Zusatzspannung sollen also nur Oberschwingungen der dritten, neunten, ... Ordnung enthalten sein. Diese Oberschwingungen bewirken die Deformierung der Ausgangsspannungen. Da die Umrichter aber ausgangsseitig im Stern geschaltet sind, und eine Verbindung zwischen dem Sternpunkt der Last und dem Sternpunkt der Umrichter fehlt, treten diese Oberschwingungen bei der Last nicht in Erscheinung.

Insbesondere kann so vorgegangen werden, daß die Zusatzspannung von einer der m Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung durch Frequenzvervielfachung abgeleitet ist. Dabei sollte die Kurvenform gewahrt bleiben. Wenn also die Ausgangsspannungen einen sinusförmigen Zeitverlauf besitzen, dann sollten auch die Oberschwingungen in der Zusatzspannung gleichfalls einen sinusförmigen Zeitverlauf besitzen. Es ist auch möglich, m Zusatzspannungen aus den m Ausgangsspannungen abzuleiten und jeder Ausgangsspannung eine der m Zusatzspan-

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nungen zu überlagern.

Die Ableitung der Zusatzspannung aus einer der Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung kann dadurch realisiert werden, daß eine der Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung in einen Prequenzvervielfacher mit dem Vervielfachungsfaktor η gegeben ist, daß dem Prequenzvervielfacher der eine Eingang eines Multipliziergliedes nachgeschaltet ist, dessen anderer Eingang mit einem Multiplikationssignal beaufschlagt ist, daß der Ausgang des Multipliziergliedes zwecks Weiterleitung der Zusatzspannung an den zweiten Eingang von m Additionsgliedern angeschlossen ist, die den Steuersätzen vorgeschaltet und an ihrem ersten Eingang mit je einer der Ausgangsspannungen beaufschlagt sind, und daß η eine der Zahlen 3, 9, 15, 21, ... ist.

Dabei können die Multiplikationssignale konstant oder in Abhängigkeit anderer Größen geführt sein. Weiter können gleichzeitig mehrere aus einem Prequenzvervielfacher und einem nachgeschalteten Multiplizierglied bestehende Stufen von unterschiedlichem Vervielfachungsfaktor η vorgesehen sein. Ist das der Pail, dann können diese Stufen zweckmäßigerweise an eine gemeinsame Addierstufe angeschlossen sein, deren Ausgang mit jedem zweiten Eingang der m Additionsglieder verbunden ist.

Man kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch auf andere Weise die Steuerspannungen aus den Ausgangsspannungen der Steuer- und Regeleinrichtung gewinnen. Vorausgesetzt ist dabei, daß eine Steuer- oder Regeleinrichtung mit drei um 120 gegeneinander versetzten, zeitlich sinusförmigen Aüsgangsspannungen und daß lineare Steuersätze vorhanden sind. Gemäß dieser weiteren Ausgestaltung ist dann vorgesehen, daß jede Steuerspannung aus einer der drei Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung dadurch gewonnen ist, daß die Ausgangsspannung dem Signaleingang einer Verstärkerstufe zuge-

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führt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärker.?tufe in Abhängigkeit vom Scheitelwert der Ausgangsspannung geführt sind, und daß die von der Verstärkerstufe abgegebene Spannung als Steuerspannung in den Steuersatz des betreffenden Umrichters gegeben ist.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß als Verstärkerstufe die Hintereinanderschaltung eines Multipliziergliedes mit einem begrenzbaren Operationsverstärker vorgesehen ist, und daß der eine Eingang des Multipliziergliedes und der Begrenzungseingang des Operationsverstärkers über einen G-leichrichter und ein G-lättungsglied mit mindestens einer der Ausgangsspannungen der Steuer- oder Regeleinrichtung beaufschlagt sind. Dabei ist es möglich, daß für die drei Verstärkerstufen ein gemeinsamer G-leichrichter und ein gemeinsames Glättungsglied vorgesehen sind. Besonders zweckmäßig ist es, wenn jede Verstärkerstufe so bemessen ist, daß sie eine Steuerspannung abgibt, deren zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37»5° und 142,5° abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht und deren Grundschwingung dieselbe Amplitude besitzt wie die der Verstärkerstufe eingegebene Aus g ang s s ρ annung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 10 Figuren näher erläutert. Für gleiche oder ähnliche Bauglieder werden dabei dieselben Bezugszeichen verwendet. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der zweiten grundlegenden Ausführungsform mit drei Umrichtern, zwei Stromregelkreisen und einem Spannungsregelkreis,

Figur 2 ein Zeitdiagramm für den Stromsollwert des ersten Umrichters,

Figur 3 ein Zeitdiagramm für den Stromsollwert des zweiten Umrichters,

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Figur 4 ein Zeitdiagramm für den Spannuungssollwert des dritten Umrichters,

Figur 5 ein Diagramm, in dem der netzseitige Verschiebungsfaktor in Abhängigkeit vom lastseitigen Verschiebungsfaktor und vom Aussteuerungsgrad der Umrichter bei einer Führung des dritten Umrichters auf sinusförmige Ausgangsspannung eingetragen ist,

Figur 6 ein Diagramm, in dem der netzseitige Verschiebungsfaktor in Abhängigkeit vom lastseitigen Verschiebungsfaktor und vom Aussteuerungsgrad bei einer Führung des dritten Umrichters auf trapezförmige Ausgangs spannung eingetragen ist,

Figur 7 eine Schaltungsanordnung gemäß der ersten grundlegenden Ausführungsform mit drei Umrichtern, zwei Stromregelkreisen und einer Steueranordnung mit zusätzlichem Regelkreis für den dritten Umrichter,

Figur 8 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Gewinnung der Steuerspannung für den dritten Umrichter aus der Sternspannung an der Last,

Figur 9 eine Schaltungsanordnung mit drei Umrichtern, deren Steuerspannungen aus den Ausgangsspannungen einer Steuer- oder Regeleinrichtung durch Überlagerung einer Zusatzspannung gewonnen werden, und

Figur Vi eine weitere Schaltungsanordnung mit drei Umrichtern, deren Steuerspannungen aus den Ausgangsspannungen einer Steuer- oder· Regeleinrichtung durch Spannungsformung gewonnen werden.

Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 umfaßt drei Umrichter 1, 2, 3, die über einen Transformator 4 mit drei getrennten Sekundärwicklungen an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz 5 mit den Phasenleitern U, V, W angeschlossen sind. Als Umrichter 1, 2, 3 sind Umkehr-Stromrichter, die für einen Betrieb in beiden Energierichtungen eingerichtet sind, insbesondere Direktumrichter vorgesehen. Jeder Umrichter 1, 2, 3 besteht aus zwei gegenparallelen Teilstromrichtern mit steuerbaren Ventilen in Drehstrombrückenschaltung. Als steuerbare Ventile kön-

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nen insbesondere Thyristoren vorgesehen sein. Jeweils ein Ausgangsleiter der Umrichter 1,2, 3 ist an einem gemeinsamen Sternpunkt M^ angeschlossen. Der jeweilige andere Ausgangsleiter ist mit einer der Klemmen R, S, T einer dreiphasigen Last 6 verbunden. Es handelt sich dabei insbesondere um

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eine symmetrische Last,/ζ. B. um eine Drehfeldmaschine. Als Drehfeldmaschine kann sowohl eine Synchron- als auch eine Asynchronmaschine verwendet werden. Die Wicklungen der Drehfeldmaschine können dabei sowohl im Dreieck als auch im Stern geschaltet sein. Der Sternpunkt M« der Last 6 ist herausgeführt eingezeichnet. Er darf nicht mit dem ausgangsseitigen Sternpunkt Mtj der drei Umrichter 1, 2, 3 verbunden werden. Damit erübrigt sich sowohl ein vierter Schleifring bei Läuferspeisung einer Drehfeldmaschine als auch eine Verbindungsschiene zwischen den beiden Sternpunkten Mtj und TL..

Jedem der Umrichter 1, 2, 3 ist ein insbesondere linearer Steuersatz 7, 8 bzw. 9 zugeordnet. Die Steuersätze 7, 8 und 9 haben die Aufgabe, die steuerbaren Ventile der Umrichter 1, 2 bzw. 3 in Abhängigkeit einer periodischen Steuerspannung U-,, U ρ bzw. U ■* mit vorgegebenem Steuerwinkel und in festgelegter Reihenfolge mit Zündimpulsen zu versorgen. Die Steuersätze 7, 8 und 9 sind jeweils Bestandteil eines Regelkreises. Dem ersten und zweiten Umrichter 1 bzw. 2 ist jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms I₁ bzw. Ip zugeordnet, während für den dritten Umrichter 3 ein Spannungsregelkreis zur Regelung seiner Ausgangsspannung U, vorgesehen ist.

Die Steuerspannung U₁ für den Steuersatz 7 wird von einem Stromregler 10 geliefert, dessen vorgeschalteter Vergleicher 11 den Istwert I₁ des lastseitigen Leiterstroms mit einem Stromsollwert If vergleicht. Der Stromsollwert I* wird dem Vergleicher 11 von einem Sollwertgeber 12 zugeführt, der in Figur 1 als Potentiometer dargestellt ist. Der vom Sollwertgeber 12 abgegebene Stromsollwert I* hat einen zeitlich sinusförmigen Verlauf. Der Istwert I₁ des ebenfalls sinusförmigen

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Leiterstroms wird dem Vergleicher 11 von einem Stromwandler 13 zugeführt, der in dem mit der Klemme R verbundenen Ausgangsleiter des Umrichters 1 angeordnet ist.

Ein entsprechend aufgebauter Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms Ip ist dem zweiten Umrichter 2 zugeordnet. Bei diesem Stromregelkreis wird die Steuerspannung Up für den Steuersatz 8 von einem Stromregler 14 geliefert. Diesem ist ein Vergleicher 15 vorgeschaltet, der den Istwert Ip des lastseitigen Leiterstroms mit einem Stromsollwert I& vergleicht. Der Stromsollwert I* ist an einem Sollwertgeber 16 abgegriffen, der wiederum als Potentiometer dargestellt ist. Der Stromsollwert It hat wiederum einen zeitlich sinusförmigen Verlauf. Der Istwert Ip des ausgangsseitigen Leiterstroms wird von einem Stromwandler 17 ermittelt, der in dem mit der Klemme S verbundenen Ausgangsleiter des zweiten Umrichters"2 angeordnet ist.

Zur Lieferung der Steuerspannung U ■? für.den Steuersatz 9 des dritten"Umrichters 3 wird eine Anordnung herangezogen, die einen Spannungsregler 18 umfaßt. Der Vergleicher 19 des Spannungsreglers 18 wird durch den Istwert U, der Ausgangsspannung dieses dritten Umrichters 3 und von einem Spannungssollwert Uf beaufschlagt. Der Spannungssollwert Uf wird dem Vergleicher 19 von einem Sollwertgeber 20 zugeführt, der in Figur 1 rein schematisch als Potentiometer dargestellt ist. Dieser Spannungssoliwert Uf hat einen zeitlich trapezförmigen Verlauf. Der Istwert U, der Ausgangsspannung wird dem Vergleicher 19 von einem Abgriff 21, i. a. von einem Spannungswandler zugeführt, der zwischen den beiden Ausgangsleitern des dritten Umrichters 3 angeordnet ist. Die vom Spannungsregler 18 an den Steuersatz 9 abgegebene Steuerspannung U , hat einen zeitlich periodischen Verlauf. Da hier lineare Steuersätze 7, 8, 9 verwendet werden, hat die Ausgangsspannung U, des dritten Umrichters 3 denselben zeitlichen Verlauf wie die eingegebene Steuerspannung U ,.

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In den Figuren 2 bis 4 ist der Verlauf der Sollwerte If, I* bzw. Uf in Abhängigkeit von der Zeit t eingetragen. T bezeichnet darin die Periodendauer. Aus den drei Zeitdiagrammen ist.-zu entnehmen, daß die Stromsollwerte If und I* jeweils einen zeitlich sinusförmigen Verlauf besitzen, und daß der Spännungssollwert Uf einen dazu phasenverschobenen, zeitlich trapezförmigen Verlauf mit positiven und negativen Spannungs-Zeit-Flächen aufweist. Die Niveauebene des Spannungssollwerts Uf erstreckt sich über einen Bereich von jeweils etwa 1O5°el. Die Anstiegs- und Abfallflanken des Spannungssollwertes Uf sind im wesentlichen linear. Weiterhin geht aus den drei Zeitdiagrammen hervor, daß die Stromsollwerte I*, I| um den Winkel 120°el. oder um die Zeitdauer T /3 gegeneinander phasen- bzw. zeitversetzt sind. Die Zeitversetzung des Spannungssollwertes Uf richtet sich nach der Induktivität der Last 6 und beträgt, sofern die Last 6 rein .ohmisch ist, ebenfalls 12O°el.

Den Steuersätzen 7, 8, 9 ist nach Figur 1 eine Kommandostufe 22 zugeordnet, die mit den Stromistwerten I₁ und Ip gespeist ist. Diese Istwerte I₁ und Ig können von den Stromwandlern 13 bzw. 17 geliefert sein. Die Kommandostufe 22 bildet für jeden Steuersatz 7, 8, 9 ein Signal, welches angibt, für welchen der beiden Teilstromrichter die Steuerimpulse freigegeben werden sollen. Z. B. wird bei positivem Leiterstrom I₁ der positive Teilstromrichter, in Figur 1 ist das der obere Teil des Umrichters 1, freigegeben. Entsprechend wird auch beim dritten Umrichter 3 vorgegangen. Auch hier wird die Auswahl des zu betreibenden Teilstromrichters für positiven oder negativen Leiterstroms I, aus den Istwerten I₁, Ip der beiden anderen Umrichter 1, 2 gebildet. Bei der Signalbildung durch die Kommandostufe 22 wird davon ausgegangen, daß die Summe aller Leiterströme I₁, Ip und I~ Null ist, woraus sich bei Kenntnis der Istwerte I₁ und I₂ das Vorzeichen des Leiterstroms I., ergibt.

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Gegenüber einer Schaltungsanordnung, bei der für den dritten Umrichter 3 anstelle des Spannungsregelkreises ebenfalls ein Stromregelkreis vorgesehen ist, und bei der die Sternpunkte ILj und I/L·, miteinander verbunden sind, kann - unter der Voraussetzung gleicher Ausgangswirkleistung - bei der Schaltungsanordnung nach !Figur 1 bei Verwendung eines trapezförmigen Spannungssollwerts Uf die Sekundärspannung des Transformators 4 kleiner gewählt werden. Dadurch verringert sich die erforderliche Typenleistung des Transformators 4, die sich nachdem Scheitelwert der zugeführten Spannung richtet, und zusätzlich auch die Spannungsbelastung der Ventile der drei Umrichter 1, 2 und 3. Schließlich wird auch der netzseitige Verschiebungsfaktor cos ^ vergrößert, insbesondere auch bei niedriger Aussteuerung der drei Umrichter 1, 2 und 3.

Zur Regelung der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist folgendes zu sagen: In zwei Ausgangsphasen werden die Leiterströme I.. und Io sinusförmig geregelt. In der dritten Ausgangsphase fließt der Leiterstrom I, frei. Er gehorcht dabei der Bedingung, daß die Summe der Momentanwerte aller Leiterströme I-., Ip und Ι·? in jedem Zeitpunkt Null ergibt. Diese Bedingung beruht auf der Tatsache, daß der Sternpunkt ML· der Last 6 nicht mit dem Sternpunkt JVU verbunden ist. Der Leiterstrom I, hat daher zwangsläufig ebenfalls einen zeitlich sinusförmigen Verlauf. Die Leiterströme I., Ip und I, sind symmetrisch. - In der dritten Ausgangsphase wird die Ausgangsspannung U, trapezförmig geregelt. Durch die Wahl der Schaltungsanordnung und durch die sinusförmige Stromregelung ist gewährleistet, daß keine Stromoberschwingungen in den Leiterströmen 1^, I₂* I, auftreten. Das bedeutet, daß die verketteten Ausgangsspannungen zwischen den Klemmen R, S, T in jedem Fall sinusförmig sind. Die Ausgangsspannungen U. und Up der beiden Umrichter 1, 2 stellen sich entsprechend ebenfalls trapezförmig ein. Das bedeutet, daß die Oberschwingungen der geregelten Ausgangsspannung U-z auch in gleicher Größe in den beiden anderen Ausgangsspannungen U. und Up auftreten.

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Im Idealfall wird man die Ausgangsspannung U, des dritten Umrichters 3 so regeln, daß sie ausgeprägte OberSchwingungen der Ordnungszahl 3 und 9» aber keine Oberschwingungen mit ungeradzahliger, nicht durch 3 teilbarer Ordnungszahl enthält. Mit anderen Worten: Es sollen lediglich Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 3, 9, 15 ... vorhanden sein. Die Amplitude der Oberschwingungen der Ordnungszahl 3 und 9 sollen dabei so gewählt sein, daß bei vorgegebener G-rundschwingung die maximalen Werte der Ausgangsspannung TL, möglichst gering sind. Das bedeutet, daß der Spannungssollwert Uf in Figur 4 bei vorgegebener Grundschwingung eine möglichst geringe Plateauhöhe besitzen soll. In diesem Idealfall stellt sich damit ein symmetrisches, unverzerrtes dreiphasiges Ausgangssystem U₁, Up, U, mit trapezförmigem Verlauf ein.

Gegenüber diesem Idealfall ist jedoch ein geringer Anteil der fünften und siebten Oberschwingung in der geregelten Ausgangsspannung U, ohne weiteres vertretbar. Diese Oberschwingungen treten, da wegen der sinusförmigen Stromregelung der Umrichter 1 und 2 keine Stromoberschwingungen fließen können, in derselben Größe und Phasenlage in den beiden anderen Ausgangsspannungen U. und U₂ auf. Sie stellen damit eine geringere Vergrößerung der Spannungsbelastung der Ventile der Umrichter 1, 2, 3 gegenüber dem erwähnten Idealfall dar.

In der Praxis kann man eine solche Spannungsform, die nur wenig von dem Idealfall abweicht, dadurch erreichen, daß man als Sollwertgeber 20 eine Verstärkerstufe vorsieht, der man eine sinusförmige Spannung vorgibt. Die Verstärkung und die Begrenzung dieser Verstärkerstufe können dann in Abhängigkeit vom Scheitelwert der zugeführten sinusförmigen Spannung nachgeführt werden. Man erhält dadurch einen trapezförmigen Spannungssollwert Uf, der durch Abschneiden eines Teils der verstärkten Amplitude aus der sinusförmigen Spannung hervorgeht. Auf diese Möglichkeit der Verwendung einer Verstärkerstufe wird bei der Erläuterung von Figur 7 und 10 noch näher eingegangen.

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Da der dritte Umrichter 3 bei trapezförmigem Verlauf der Ausgangs spannung TJ^ im Mittel über einen längeren Zeitraum höher ausgesteuert ist als bei der sonst üblichen sinusförmigen Spannungsführung, ist der Oberschwingungsgehalt des Stroms auf der Netzseite demgegenüber reduziert.

Durch die Stromregelung in zwei Ausgangsphasen kann sich, worauf bereits hingewiesen wurde, der Leiterstrom in der dritten Ausgangsphase frei ausbilden. Eine starre Verkuppelung der beiden Stromregelkreise über die Last 6 ist daher nicht gegeben. Entsprechendes gilt für den Spannungsregelkreis. Eine starre Kopplung der drei Ausgangsspannungen TJ₁, Up, U, ist also gleichfalls nicht vorhanden. Das Stromregelsystem ist daher weitgehend unabhängig vom Spannungsregelsystem, und umgekehrt.

Bei einer Spannungsregelung in allen drei Ausgangsphasen wurden sich schon bei geringen UnSymmetrien in den Ausgangsspannungen υ.., Up, Uz hohe Stromfehler ergeben, deren Größe durch das Verhältnis der Spannungsabweichung zu den Reaktanzen im Lastkreis bestimmt sind. Besonders störend sind in diesem Fall bereits geringe Gleichspannungsanteile, da die sich einstellenden Leitergleichströme nur durch die ohmschen Widerstände der Last 6 begrenzt sind. Die Ausregelung solcher Fehler ist entweder wegen der erforderlichen Glättung des gemessenen Spannungsistwerts mit Zeitverlusten bei der Spannungsregelung oder mit einem höheren regeltechnischen Aufwand verbunden. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung mit voneinander unabhängiger Strom- und Spannungsregelung werden die geschilderten Nachteile vermieden.

In den Figuren 5 und 6 ist der netzseitige Verschiebungsfaktor cos -f in Abhängigkeit vom lastseitigen Verschiebungsfaktor cos f& und in Abhängigkeit vom Aussteuerungsgrad k der drei Umrichter 1, 2, 3 bei sinusförmiger Stromregelung von zwei Ausgangsphasen dargestellt. Figur 5 bezieht sich dabei auf eine Steuerung des dritten Umrichters 3 auf eine sinusförmige und Figur 6 auf eine trapezförmige Ausgangsspannung U,. Ein Ver-

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gleich der beiden Figuren 5 und 6 ergibt, daß bei jedem Aussteuerungsgrad k und bei vorgegebenem lastseitigen Verschiebungsfaktor cos / der netzseitige Verschiebungsfaktor cos *f bei der Aussteuerung auf trapezförmige Ausgangsspannung U, (Figur 6) größer, d. h. besser ist als bei der Aussteuerung auf sinusförmige Ausgangs spannung U, (Pig. 5). Das gilt auch für einen geringen Aussteuerungsgrad k. Der Blindleistungsbedarf der Schaltungsanordnung wird also durch die trapezförmige Spannungssteuerung reduziert. Eine nähere Betrachtung von Figur 6 zeigt weiter, daß bei einem hohen Aussteuerungsgrad, nämlich bei k = 0,9 und .k = 1,0, der netzseitige Verschiebungsfaktor cos^ um einiges größer ist als der lastseitige Verschiebungsfaktor cos j6. Diese Eigenschaft kann für manche Anwendungsfälle von erheblicher Bedeutung sein.

In Figur 7 ist eine weitere Schaltungsanordnung mit drei Umrichtern 1, 2, 3 dargestellt, die wiederum über einen Transformator 4 an ein Wechselspannungsnetz 5 angeschlossen sind. Als Umrichter 1, 2, 3 sind wieder insbesondere Direktumrichter vorgesehen. Die Umrichter 1, 2, 3 sind lastseitig an einem Sternpunkt M^ im Stern geschaltet. Je ein Ausgangsleiter ist mit einer der Klemmen R, S, T einer Last 6 verbunden, die als Drehstrommaschine eingezeichnet ist. Der Sternpunkt der last 6 ist mit M« bezeichnet. Die beiden Sternpunkte M^ und Mg sind nicht miteinander verbunden. Die Umschaltung der Teilstromumrichter wird durch eine Kommandostufe 22 bewirkt, die durch die leiterströme I₁, Ip gesteuert wird.

Für den ersten und zweiten Umrichter 1 bzw. 2 ist jeweils wieder ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms I₁ bzw. Ip vorgesehen. Diese Stromregelkreise entsprechen denjenigen von Figur 1, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Die Stromsollwerte If und Tt haben wiederum jeweils einen sinusförmigen zeitlichen Verlauf (vergl. Figur 2 bzw. 3).

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Für den dritten Umrichter 3 ist eine Steueranordnung zur Steuerung seiner Ausgangsspannung U-* auf einen periodischen, zeitlich trapezförmigen Verlauf vorgesehen. Diese Steueranordnung liefert eine trapezförmige Steuerspannung U , (vergl. Figur 4) an den Steuersatz 9.

Als Steueranordnung ist eine Verstärkerstufe 23 vorgesehen. Diese wird über ein G-lättungsglied 24 von derjenigen Sternspannung U^_M der last 6 gespeist, die zwischen dem Sternpunkt Μ« der Last 6 und dem an die Last 6 angeschlossenen Ausgangsleiter des dritten Umrichters 3 abgreifbar ist. Besitzt die Last 6 keinen natürlichen oder zugänglichen Sternpunkt Mj,, dann wird dieser in bekannter Weise durch Anschluß einer Sternschaltung von Impedanzen künstlich geschaffen. Die Verstärkerstufe 23 hat die Aufgabe, eine trapezförmige Steuerspannung U-z in der Weise an den Steuersatz 9 abzugeben, daß die Nulldurchgänge im zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung U, des dritten Umrichters 3 mit den Nulldurchgängen im zeitlichen Verlauf der Sternspannung U,,, übereinstimmen. Die Nulldurchgänge der Sternspannung U,,, sollen also die Phasenlage der trapezförmigen Steuerspannung U ■* festlegen.

Die Verstärkerstufe 23 ist im vorliegenden Fall gleichzeitig so konstruiert worden, daß sie die trapezförmige Steuerspannung U , selbst bildet. Dazu wird die geglättete Sternspannung U,_M dem Signaleingang der Verstärkerstufe 23 zugeführt. Weiterhin werden die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe 23 in Abhängigkeit vom .Scheitelwert der geglätteten Sternspannung U^ oder aller drei geglätteten Sternspannungen geführt. Die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe 23 wird als Steuerspannung U , in den Steuersatz 9 gegeben.

Die Verstärkerstufe 23 besteht im vorliegenden Fall aus einer Hintereinanderschaltung eines Multiplizierglxedes 25' mit einem begrenzbaren Operationsverstärker 26. Die Reihenfolge ihrer Anordnung ist beliebig. Der eine Eingang des Multipli-

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ziergliedes 25 ist über einen Gleichrichter 27 mit nachgesehaltetem G-lättungsglied 28 mit der vom Glättungsglied 24 geglätteten Sternspannung U^_M beaufschlagt. Entsprechend ist auch der Begrenzungseingang des Operationsverstärkers über denselben Gleichrichter 27 und dasselbe Glättungsglied 28 mit der geglätteten Sternspannung U™ beaufschlagt. Die Bemessung der Verstärkerstufe 23 ist so getroffen, daß sie eine Steuerspannung U-* abgibt, deren zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5° abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht. Die Grundschwingung der Ausgangsspannung der Verstärkerstufe 23 besitzt dieselbe Amplitude wie die ihr von dem Glättungsglied 24 eingegebene Eingangsspannung. Die Amplitude der Steuerspannung TJ-z ist im angegebenen Bereich von 37,5 bis 142,5 im wesentlichen konstant. Die Gewinnung der Steuerspannung IJ , auf der Sternspannung U·™, soll im folgenden anhand von Figur 8 näher erläutert werden.

Figur 8 zeigt den Verlauf einer vollen Periode verschiedener Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit t oder vom Phasenwinkel «i . Die geglättete Sternspannung U*™» die praktisch rein sinusförmig ist, wird durch die Verstärkerstufe 23 verstärkt, so daß sich bei Vernachlässigung der Begrenzung der gestrichelt eingezeichnete Verlauf ihrer Ausgangsspannung ergeben würde. Die Begrenzung des Operationsverstärkers 26 sorgt nun dafür, daß die Ausgangsspannung'im positiven und negativen Bereich in der Höhe 0,61 abgeschnitten wird, wobei ihre Amplitude mit 1 angenommen wurde. Man erhält somit als Steuerspannung U ~, die durchgezogen eingezeichnete symmetrisehe Ausgangsspannung, die pro Halbperiode zwischen 0 und 37,5 etwa linear ansteigt, zwischen 37,5 und 142,5 im wesentlichen konstant ist und zwischen 142,5° und 180° etwa linear abfällt. Es handelt sich also um eine abgeschnittene oder "gestauchte" Sinusschwingung, deren Plateaubreite 105 beträgt. Durch die Nachführung der Verstärkung und der Begrenzung proportional zur Sternspannung U.,« ist gewährleistet, daß die angegebenen Winkel bei einer Änderung der Höhe der

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Sternspannung U,_M praktisch nicht geändert werden. Die beschriebene, aus der Sinusform hervorgegangene Trapezform bleibt also stets erhalten.

Die abgeschnittene oder "gestauchte" Sinusschwingung hat die Eigenschaft, daß sie keine Oberschwingung der 5. Ordnung und nur eine vernachlässigbare Oberschwingung der 7· Ordnung besitzt. Das Verhältnis der Oberschwingung der 7. Ordnung bezogen auf die G-rundschwingung beträgt etwa 1 tfo. Die in Figur 8 dargestellte Steuerspannung IT ^ mit abgeschnittener Sinusform erhält eine Grund schwingung, die um etwa 15 $> über dem Scheitelwert von 0,61 liegt.

Bei geringen dynamischen Anforderungen ist die bisher bei Figur 7 beschriebene Steueranordnung voll ausreichend. Pur höhere Ansprüche ist es jedoch zweckmäßig, einen Spannungsregelkreis vorzusehen, der die Differenzspannung U^ regelt, die zwischen dem Sternpunkt ILj am lastseitigen Ausgang der Umrichter 1,. 2 und 3 einerseits und dem natürlichen oder künstlichen Sternpunkt Μ« der Last 6 andererseits besteht.

Bei diesem Spannungsregelkreis ist ein Spannungsregler 29 vorgesehen, dessen Vergleicher 30 einerseits mit der durch einen Gleichrichter 31 gleichgerichteten Differenzspannung ^ÜMM ¹^ andererseits mit einem von einem Sollwertgeber 32 gelieferten Sollwert UjJk₁ gespeist wird. Der Ausgang des Spannungsreglers 29 ist an dem einen Eingang eines Additionsgliedes 33 angeschlossen, das der Steueranordnung 23 zur Be- einflussung der Steuerspannung TJ , zugeordnet ist. Der andere Eingang des Additionsgliedes 33 ist an den Ausgang des Glättung sgliedes 28 angeschlossen. Sein Ausgang ist mit dem Verstärkungs- und dem Begrenzungseingang der Verstärkerstufe 23 verbunden.

Als Spannungsregler 29 wird bevorzugt ein Regler mit Integralverhalten, z. B. ein PI-Regler oder ein reiner Integralregler, eingesetzt, der neben der Eigenschaft eines Reglers auch die-

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jenige eines Zeitgliedes besitzt. Die Zeitkoristante des Spannungsreglers 29 und damit diejenige des Spannungsregelkreises wird groß gegenüber der Periodendauer der Oberschwingung mit der Ordnungszahl 3 gewählt, die in der Differenzspannung U_MM auftritt. Anstelle eines solchen Reglers mit Integralverhalten, dessen Zeitkonstante in der angegebenen Weise dimensioniert ist, kann neben einem Regler auch ein Filter zur Eliminierung der dritten Oberschwingung vorgesehen sein.

Der Sollwert U|Lj kann insbesondere zu Null gewählt werden, so daß der Spannungsrege!kreis dafür sorgt, daß die Grundschwingung der Differenzspannung U^, zwischen den Sternpunkten Mg und M„ zu Null geregelt wird. Solange die G-rundschwingung der Differenzspannung U^ ungleich Null ist, sorgt der Spannungsregelkreis für die Abgabe einer Korrekturgröße an das Additionsglied 38. Dadurch werden Verstärkung und Begrenzung der Verstärkerstufe 23 verändert, woraus sich eine Veränderung der in Figur 8 dargestellten Amplituden ergibt. Die Amplitude der Steuerspannung TJ , wird unter Beibehaltung der eingezeichneten Winkel so lange verändert, bis die Sternpunkte Μ« und Mjj auf demselben Potential liegen.

In Figur 9 ist eine weitere Schaltungsanordnung mit drei Umrichtern 1, 2, 3 dargestellt, die wiederum über einen Transformator 4 an ein Wechselspannungsnetz 5 angeschlossen sind und eine Last 6 speisen. Eine Kommandostufe 22 ist zur Umschaltung der einzelnen Seilstromrichter vorgesehen. Hier sind den Steuersätzen 7, 8, 9 aller drei Umrichter 1, 2, 3 Steuerspannungen U_s1, U_g2, U₃-, derart vorgegeben, daß die Ausgangsspannungen U₁, U₂ bzw. U₅ dieser Umrichter 1, 2, 3 einen periodischen Zeitverlauf besitzen und im wesentlichen keine Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 5 und 7 enthalten. Ss stellen sich dann zeitlich sinusförmige Leiterströme I₁, I₂ und I-, ein.

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Nach. Figur 9 ist eine Steuer- oder Regeleinrichtung 34 vorgesehen, die drei Ausgangs spannungen UJ, UA und U-I von periodischem Zeitverlauf liefert, welche üblicherweise den Steuersätzen 7, 8 bzw. 9 direkt als Steuersignale zugeführt werden. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 34 kann insbesondere eine Regelschaltung sein, die nach dem Prinzip der Transvektorregelung (vergl. Siemens-Zeitschrift 45 (1971), Seiten 757 bis 760) arbeitet und von zwei Stromwandlern 35, 36 mit den Istwerten der Leiterströme I. bzw. Ip gespeist wird. Unter der Voraussetzung von linearen Steuersätzen 7, 8 und 9 sind die drei von derjSteuer- oder Regeleinrichtung 34 abgegebenen Ausgangsspannungen Ui, UA und Ui im stationären Betrieb sinusförmig und jeweils um 120 el. gegeneinander versetzt. Bei Verwendung anderer, im Stande der Technik üblicher Steuersätze 7, 8 , 9 ist die Steuer- oder Regeleinrichtung 34 so konstruiert, daß die zeitversetzten Ausgangs spannungen U', UA und U4 durch die Funktion c«arc sin (k sin tot) beschrieben werden können, wobei t die Zeit, ω die Kreisfrequenz und c und k Konstanten bedeuten.

Jede dem Steuersatz 7, 8 oder 9 vorgegebene Steuerspannung Ug₁, U ρ bzw. U -z wird aus einer der drei Ausgangs spannungen UJ, UA bzw. U-i durch Überlagerung einer Zusatzspannung U gewonnen. Zur Spannungsüberlagerung sind drei Additionsglieder 37, 38 bzw. 39 vorgesehen. Diese Additionsglieder 37, 38 und 39 sind den Steuersätzen 8, 7 bzw. 9 vorgeschaltet. Ihr erster Eingang wird von einer der Ausgangsspannungen UJ, U£ und TSi und ihr zweiter Eingang "von der Zusatzspannung TJ beaufschlagt.

Die Zusatzspannung U enthält im vorliegenden Falle nur zwei üpannungsanteile. Die Frequenz dieser beiden Spannungsanteile beträgt das Dreifache und Neunfache der Grundfrequenz der Ausgangs spannungen UJ, UA und TJi. Die Zusatzspannung TJ enthält also nur Spannungsanteile, deren Frequenz ein ungeradzahliges, durch 3 teilbares Vielfaches der besagten Grundfrequenz f ist. Die Zusatzspannung U ist von der Ausgangsspan-

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nung TJJ durch Frequenzvervielfachung abgeleitet. Dazu sind zwei Stufen vorgesehen. Jede besteht aus einem Frequenzvervielfacher 40, 42 mit dem Vervielfachungsfaktor η = 3 bzw. η = 9 und einem nachgeschalteten Multiplizierglied 41 bzw. 43. Die Ausgangsspannung TJ₁' wird beiden Stufen zugeleitet. Mit Hilfe der Frequenzvervielfacher 40, 42 wird die 3. bzw. 9. Oberschwingung gebildet. Diese wird anschließend im Multiplizierglied 41 bzw. 43 mit einem konstanten oder nachgeführten Multiplikationssignal C = Ο.* bzw. C = Gq multipliziert. Zur Einstellung der Multiplikationssignale C können (nicht gezeigte) Potentiometer vorgesehen sein. Die Verstärkungsfaktoren der aus Verstärkern aufgebauten Muitiplizierglieder 41, 43 sind kleiner als 1. Die Multiplikationssignale C, und G„ sind so zu wählen, daß die Oberschwingungen nach ihrer Zusammensetzung in einer gemeinsamen Addierstufe 44 eine Zusatzspannung TJ ergeben, die nach Addition zu den Steuerspannungen TJJj, TJ¹ ρ> TJi in den Additionsgliedern 37, 38,-39 drei jeweils um 120 el. versetzte Steuerspannungen TJ-., U „» TJ-, derart erzeugt, daß jeder Umrichter 1, 2, 3 auf eine Ausgangsspannung TJ₁, TJp, U., ausgesteuert wird, die in ihrem Zeitverlauf dem in Figur 8 dargestellten Kurvenverlauf möglichst gut entspricht. Die drei Aus gangs spannungen TJ₁, TJp und TJ, der Umrichter 1,2, sind dabei jeweils um 120°el. gegeneinander versetzt.

Unter der Voraussetzung von linearen Steuersätzen 7, 8 und 9 sind die drei von der Regeleinrichtung 34 abgegebenen Spannungen UJ, UI, Ui sinusförmig und um 120 el. gegeneinander versetzt. Daher sind in diesem Fall auch die der Addierstufe 44 zugeführten Oberschwingungen sinusförmig. Da bei einem dreiphasigen symmetrischen Drehspannungssystem in allen drei Phasen die Oberschwingungen mit durch 3 teilbarer Ordnungszahl dieselbe Phasenlage haben, erhält man im vorliegenden Fall bei richtiger Einstellung der Multiplikationsfaktoren C-* und Cq

O Jj

drei um 120 el. versetzte Steuerspannungen U₁₅Up und U ·*, wobei jede dieser Steuerspannungen einen trapezförmigen zeitlichen Verlauf besitzt, der weitgehend dem Kurvenverlauf in Figur 8 entspricht.

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Bei linearen Steuersätzen 7, 8 und 9 erhält man denselben trapezförmigen zeitlichen Verlauf für alle drei Ausgangsspannungen U₁, U₂ und U-, der Umrichter 1, 2 und 3. In den verketteten Ausgangsspannungen heben sich die zusätzlich eingefügten Oberschwingungen mit durch 3 teilbarer Ordnungszahl wieder auf. Somit ist der gewünschte Betriebszustand der Last 6 mit trapezförmiger Aus gangs spannung U.., Up, U, für jeden Umrichter 1, 2, 3 und mit sinusförmigen Leiterströmen. I₁, Ip und I, sowie mit sinusförmigen verketteten Spannungen an der Last 6 erreicht.

In Figur 10 ist eine weitere Schaltungsanordnung dargestellt, die insoweit der Schaltungsanordnung von Figur 9 entspricht, als den Steuersätzen 7, 8, 9 aller drei Umrichter 1, 2 und 3 wieder Steuerspannungen U₃₁, U₃₂ und U , derart vorgegeben sind, daß die Ausgangs spannung en U₁, Up und U-, dieser Umrichter 1, 2 und 3 einen periodischen Zeitverlauf besitzen, gegeneinander um 120°el. versetzt sind und im wesentlichen keine Oberschwingungen mit der Ordnungszahl 5 und 7 enthalten. Auch hierbei ist jede Steuerspannung U-., U₂ und U ~ aus einer der drei Ausgangsspannungen U₁, Up, U^ einer Steuer- oder Regeleinrichtung 34 gewonnen. Vorausgeeetzt ist, daß die zeitlich um 120°el. gegeneinander versetzten Ausgangsspannungen UJ, Up und U-4 einen sinusförmigen zeitlichen Verlauf besitzen, und daß lineare Steuersätze 7, 8 und 9 verwendet werden.

Nach Figur 10 ist jede Ausgangs spannung UJj, Ui, U' dem Signaleingang einer Verstärkerstufe 47, 48 bzw. 49 zugeführt. Die Verstärkung und die Begrenzung jeder Verstärkerstufe 47, 48, 49 wird in Abhängigkeit vom Scheitelwert der am Eingang liegenden Ausgangs spannung U.J, U' bzw. Ui der Steuer- oder Regeleinrichtung 34 geführt. Jede Verstärkerstufe 47, 48 und 49 gibt eine Spannung ab, die als Steuerspannung U₃₁, U_g2, U_g, in einen der Steuersätze 7, 8 und 9 gegeben ist.

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Jede Verstärkerstufe 47, 48, 49 besteht aus der Hintereinanderschaltung eines Multipliziergliedes 50, 51 bzw. 52 mit einem begrenzbaren Operationsverstärker 53, 54 bzw. 55. Jeweils sind der eine Eingang des Multipliziergxiedes 50, 51, 52 und der Begrenzungseingang des Operationsverstärkers 53, 54, 55' sind an die Reihenschaltung aus einem Gleichrichter 56, der bevorzugt ein Gleichrichter mit ungesteuerten Ventilen in Drehstrom-Brückenschaltung ist, und aus einem nachgeschalteten Glättungsglied 57, das zur Glättung der pulsierenden Gleichspannung dient, angeschlossen. Diese Reihenschaltung 56, 57 wird von den Ausgangsspannungen TJI, UA und TJX gespeist. Pur alle Verstärkerstufen 47, 48 und 49 braucht nur eine gemeinsame Reihenschaltung 56, 57 vorgesehen zu werden. Jede Verstärkerstufe 47, 48, 49 ist so bemessen, daß sie eine S teuer spannung U^, Up bzw. U ·* entsprechend Figur 8 abgibt. Der zeitliche Verlauf jeder Steuerspannung Og₁, U _o und II -z entspricht somit in jeder Halbperiode im wesent-

oo

liehen einer zwischen 37,5 und 142,5 abgeschnittenen Sinusfunktion. Ihre Grundschwingung besitzt dieselbe Amplitude wie die der betreffenden Verstärkerstufe 47, 48 und 49 eingegebene Ausgangsspannung UJ, Ui bzw. Ui. Die Funktion der einzelnen Verstärkerstufen 47, 48 und 49 ist dieselbe wie diejenige der Verstärkerstufe 23 in Figur 7. Auch hier ergeben sich am Ausgang jedes Umrichters 1, 2, 3 eine trapezförmige Ausgangsspannung, ein sinusförmiger Leiterstrom und an der Last 6 sinusförmige verkettete Spannungen.

37 Patentansprüche
1O Figuren

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Claims (37)

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   Pa t en tans prüche

   ( 1.) Schaltungsanordnung mit einer ungeradzahligen Anzahl m — von Umrichtern, insbesondere mit einer Anzahl m aus einem Wechselspannungsnetz gespeisten Direktumrichtern, die in symmetrischer m-phasiger Sternschaltung an eine m-phasige symmetrische Last unter Ausschluß einer direkten Verbindung zwischen dem Sternpunkt der Umrichter und dem Sternpunkt dieser Last angeschlossen sind, wobei die Leiterspannungen an der Last jeweils einen vorgegebenen periodischen zeitlichen Verlauf besitzen und gemeinsam ein symme trisches System bilden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuersatz (9) mindestens eines der m Umrichter (1, 2, 3) eine Steuerspannung (U₃^) derart vorgegeben ist, daß die Ausgangsspannung (U,) dieses besagten Umrichters (3) einen zeitlich periodischen Verlauf besitzt, der neben dem Verlauf einer derjenigen Sternspannungen (U-im» ^?M' ^5M^' den vorgegebenen Leiterspannungen (O^, ^urs' ^UST^ ^an Last (6) entsprechen, auch mindestens eine Oberschwingung mit ungerader, durch m teilbarer Ordnungszahl enthält.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei m gleich 3 ist und die Leiterspannungen an der Last im wesentlichen einen zeitlich sinusförmigen Verlauf besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U,) des besagten Umrichters (3) mindestens eine Oberschwingung mit der Ordnungszahl 3 enthält.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U,) des besagten Umrichters (3) im wesentlichen einen zeitlich trapezförmigen Verlauf besitzt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U,) des besagten Umrichters (3)

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   symmetrisch ist und pro Halbperiode (T/2) zwischen 0 und (37,5° - 5°) etwa linear ansteigt, zwischen (37,5° - 5°) und (142,5 -5 ) im wesentlichen konstant ist sowie zwischen (142,5° - 5°) und 180° etwa linear abfällt.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den besagten Umrichter (3) eine Steueranordnung zur Steuerung seiner Ausgangsspannung (U·,) auf einen zeitlich periodischen Verlauf und für die restlichen (m-1) Umrichter (1, 2) jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms (I₁, Ip) vorgesehen ist, und daß in den Stromregelkreisen jeweils ein Stromsollwert (Ii, It) vorgegeben ist, der demjenigen gewünschten Stromverlauf entspricht, der sich durch die vorgegebenen Leiterspannungen (U^, Upo» ügrp) in den Ausgangsleitern der Umrichter (1, 2, 3) einstellt (Pig. 7).
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromregelkreisen jeweils ein zeitlich sinusförmiger Stromsollwert (1^, I£.) vorgegeben ist (Figur 7).
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerspannung (U"_s-z) für den besagten Umrichter (3) die zwischen dem Sternpunkt (M«) der Last (6) und dem an die Last (6) angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters (3) liegende Sternspannung (U^) vorgesehen ist.
8. 8.·Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Sternpunkt (Mj-) der Last (6) und dem an die Last (6) angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters (3) liegende Sternspannung ("ö*™) ab-■ gegriffen und der Steueranordnung zugeführt ist, welche eine Steuerspannung (U ^) derart abgibt, daß die Nulldurchgänge im zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung (U*) des besagten Umrichters (3) mit den Nulldurchgängen im zeitlichen

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   Verlauf dieser Sternspannung (U™) übereinstimmen (Fig. 7).
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Steueranordnung eine Verstärkerstufe (23) vorgesehen ist, daß die Sternspannung (U·*«) dem Signaleingang der Verstärkerstufe (23) zugeführt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe (23) in Abhängigkeit vom Scheitelwert mindestens einer der Sternspannungen (z. B. TJ,_M) an der Last (6) geführt sind, und daß die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe (23) als Steuerspannung (U,) in den Steuersatz (9) des besagten Umrichters (3) gegeben ist.(Fig. 7).
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerstufe (23) die Hintereinanderschaltung eines Multipliziergliedes (25) mit einem begrenzbaren Operationsverstärker' (26) vorgesehen ist, und daß der eine Eingang des Multipliziergliedes (25) und der Begrenzungeeingang des Operationsverstärkers (26) über einen Gleichrichter (27) und ein Glättungsglied (28) mit mindestens einer der S tern spannungen (ζ. B. U,,.) an der Last (6) beaufschlagt sind (Fig. 7).
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10 mit einem linearen Steuersatz, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe (23) so bemessen ist, daß sie eine Steuerspannung (U ~) abgibt, deren zeitlicher Verlauf in jeder

    ο ο Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5 abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht und deren Grundschwingung dieselbe Amplitude besitzt wie die der Verstärkerstufe (23) eingegebene Spannung (Fig. 7).
12. 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Glättung der Sternspannung (U,_M) ein Glättungsglied (24) vorges.ehen ist (Fig. 7).

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13. 13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregelkreis zur Regelung der Differenzspannung (U™), die zwischen dem Sternpunkt (M^-) am lastseitigen Ausgang der Umrichter (1, 2, 3) einerseits und dem Sternpunkt (Mj-) der Last (6) andererseits herrscht, vorgesehen ist (Pig. 7).
14. 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler (29) vorgesehen ist, dessen Vergleicher (30) einerseits mit der Differenzspannung Cüwjfl) und andererseits mit einem Sollwert (UjLr) gespeist und dessen Ausgang an ein Additionsglied (33) angeschlossen ist, das der Steueranordnung (23) zur Beeinflussung der Steuerspannung (U ·,) zugeordnet ist (Pig. 7).
15. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (29) ein Integralveriialten besitzt (Fig. 7).
16. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch'14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Additionsglied (33) einerseits von der Ausgangsspannung des Spannungsreglers (29) und andererseits von mindestens einer der Sternspannungen

    (z. B. U™) an der last (6) nach deren Gleichrichtung und Glättung beaufschlagt ist (Pig. 7).
17. 17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Additionsglied (33) ausgangsseitig an den Stelleingängen für die Verstärkung uiü die Begrenzung der Verstärkerstufe (23) angeschlossen ist (Pig. 7).
18. 18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Spannungsregelkreises groß ist gegenüber der Periodendauer der dritten Oberschwingung der Ausgangs spannung (U.,) des besagten Umrichters (3) (Pig. 7).

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19. 19· Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (UjLr) der Differenzspannung (Um«) zu Null gewählt ist (Pig. 7).
20. 20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den besagten Umrichter (3) ein Spannungsregelkreis zur Regelung seiner Ausgangsspannung (U^) und für die restlichen (m-1) Umrichter (1, 2) jeweils ein Stromregelkreis zur Regelung des lastseitigen Leiterstroms (I-, Ip) vorgesehen ist (Fig. 1).
21. 21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromregelkreisen jeweils ein zeitlich sinusförmiger Stromsollwert (l#, Ii) vorgegeben ist (Fig. 1, 2 und 3).
22. 22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannungsregelkreis im wesentlichen ein zeitlich trapezförmiger Spannungssollwert (U#) vorgegeben ist (Fig. 1 und 4).
23. 23. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler (18) vorgesehen ist, dessen Vergleicher (19) einerseits mit der Ausgangsspannung (U,) des besagten Umrichters (3) und andererseits mit.einem Spannungssollwert (Ü#) gespeist und dessen Ausgang an den Eingang des Steuersatzes (9) angeschlossen ist (Fig. 1).
24. 24. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungssollwert (U#) die zwischen dem Sternpunkt (ML·) der Last (6) und dem an die Last (6) angeschlossenen Ausgangsleiter des besagten Umrichters (3) liegenden Sternspannung (U.,.,) vorgesehen ist.

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25. 25. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Sternpunkt (M„) der Last (6) und dem an die Last (6) angeschlossenen Ausgangsleiter des "besagten Umrichters (3) liegende Sternspannung ("0",J₁) abgegriffen und einem Sollwertgeber (20) zugeführt ist, welcher einen Spannungssollwert (Uf) derart abgibt, daß die Nulldurchgänge im zeitlichenVerlauf der Ausgangsspannung (U^) des besagten Umrichters (3) mit den Nulldurchgängen im zeitlichen Verlauf dieser Sternspannung (U^) übereinstimmen.
26. 26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollwertgeber (20) eine Verstärkerstufe vorgesehen ist, daß die Sternspannung (U·*™) dem Signaleingang der Verstärkerstufe zugeführt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe vom Scheitelwert mindestens einer der Sternspannungen (z. B. U^™) an der Last (6) geführt sind, und daß die Ausgangsspannungen der Verstärkerstufe als Spannungssollwert (Uf) in den Spannungsregelkreis des besagten Umrichters (3) gegeben ist.
27. 27. Schaltungsanordnung nach Anspruch 26 mit einem linearen Steuersatz, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe so bemessen ist, daß sie einen Spannungssollwert (Uf) abgibt, dessen zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5 abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht und dessen Grundschwingung dieselbe Amplitude besitzt wie die der Verstärkerstufe eingegebene Spannung.
28. 28. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuersätzen (7, 8, 9) aller m Umrichter (1, 2, 3) Steuerspannungen (U-., ^₂' U ^) derart vorgegeben sind, daß die Ausgangsspannungen (U^, U₂, U·,) dieser Umrichter (1, 2, 3) einen zeitlich periodischen Verlauf besitzen (Pig. 9 und 10).

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29. 29· Schaltungsanordnung nach Anspruch 28 mit einer Steueroder Regeleinrichtung, die m Ausgangsspannungen von periodischem Verlauf für die Steuersätze der m Umrichter liefert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerspannung (U .j, Up» ^ 3) ^aus einer der m Ausgangs spannungen (UJ, UA,, Ui) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) durch Überlagerung einer gemeinsamen Zusatzspannung (U ) gewonnen ist (Pig. 9 und 10).
30. 30. Schaltungsanordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung (U ) nur einen oder mehrere solcher Spannungsanteile enthält, deren Frequenz ein ungeradzahliges, durch 3 teilbares Vielfaches der G-rundfrequenz der Ausgangs spannungen (UJJ, UA,, U') ist (Pig. 9 und 10).
31. 31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung ("U) von einer der m Ausgangs spannung en (UJj, UA, Ui) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) durch frequenzvervielfachung abgeleitet ist (Pig. 9).
32. 32. Schaltungsanordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ausgangs spannung en (U-J ₉ UA,, Ui) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) in einen Prequenzvervielfacher (40, 42) mit dem Vervielfachungsfaktor η gegeben ist, daß dem PrequenzvervieIfacher (40, 42) der eine Eingang eines Multipliziergliedes (41, 43) nachgeschaltet ist, dessen anderer Eingang mit einem Multiplikationssignal (G ) beaufschlagt ist, daß der Ausgang des Multipliziergliedes (41, 43) zwecks Weiterleitung der Zusatzspannung (U ) an den zweiten Eingang von m Additionsgliedern (37, 38, 39) angeschlossen ist, die den Steuersätzen (7, 8, 9) vorgeschaltet und an ihrem ersten Eingang mit je einer der Ausgangs spannungen (UJj, UA, Ui) beaufschlagt sind, und daß η eine der Zahlen 3, 9, 15, 21 ... ist (Pig. 9).

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    - 38 - VPA 74/3042
33. 33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus einem Frequenzvervielfacher (40, 42) und einem nachgeschalteten Multiplizierglied (41, 43) bestehende Stufen an eine gemeinsame Addierstufe (44) angeschlossen sind, deren Ausgang mit jedem zweiten Eingang der m Additionsglieder (37, 38, 39) verbunden ist (Fig. 9).
34. 34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28 oder 29 mit drei um 120 gegeneinander versetzten, zeitlich sinusförmigen Ausgangsspannungen einer Steuer- oder Regeleinrichtung und mit linearen Steuersätzen, dadurch gekennzeichnet, daß jede S teuer spannung (U ., Up, U ·,) aus einer der drei Ausgangsspannungen (Ui, Ui, Ui) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) dadurch gewonnen ist, daß diese Ausgangsspannung (Ui, ϋΛ, Ui) dem Signaleingang einer Verstärkerstufe (47, 48, 49) zugeführt ist, daß die Verstärkung und die Begrenzung der Verstärkerstufe (47, 48, 49) in Abhängigkeit vom Scheitelwert der Ausgangsspannung (Ui, Uo, Ui) geführt sind, und daß die von der Verstärkerstufe (47, 48, 49) abgegebene Spannung als Steuerspannung (U ., U ₂, U₃-?) in. den Steuersatz (7, 8, 9) .des betreffenden Umrichters (1, 2, 3) gegeben ist (Pig. 10).
35. 35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerstufe (47, 48, 49) die Hintereinanderschaltung eines Multipliziergliedes (50, 51, 52) mit einem begrenzbaren Operationsverstärker (53, 54, 55) vorgesehen ist, und daß der eine Eingang des Multipliziergliedes (50, 511 52) und der Begrenzungseingang des Operationsverstärkers (53, 54, 55) über einen Gleichrichter (56) und ein Glättungsglied (.57) mit mindestens einer der Ausgangsspannungen (U], U£, U^) der Steuer- oder Regeleinrichtung (34) beaufschlagt sind (Fig. 10).

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    - 39 - VPA 74/3042
36. 36. Schaltungsanordnung .nach. Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß für die drei Verstärkerstufen (47, 48, 49)

    • ein gemeinsamer Gleichrichter (56) und ein gemeinsames Glättungsglied (57) vorgesehen sind.
37. 37. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 34 "bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (47, 48, 49) so bemessen ist, daß sie eine Steuerspannung (U_s1, U_g2, ^3) abgibt, deren zeitlicher Verlauf in jeder Halbperiode im wesentlichen einer zwischen 37,5 und 142,5° abgeschnittenen Sinusfunktion entspricht und deren Grundschwingung dieselbe Amplitude besitzt wie die der Verstärkerstufe (47, 48, 49) eingegebene Ausgangsspannung (UJj, U£, U^).

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